光芯片賽道：AI帶來增量，我國該如何突破高技術壁壘的藍海市場？

在AIGC商業化應用加速落地的背景下，算力基礎設施的海量增長和升級換代將成為必然趨勢。

光通信系統通過電光轉換將電信號轉換為光信號，并通過光纖傳輸至接收端進行光電轉換。

光通信器件包括光芯片、光器件和光模塊，其中光芯片是實現光轉電、電轉光、分路、衰減、合分波等基礎光通信功能的核心。隨著光電半導體產業的蓬勃發展，光芯片已經廣泛應用于通信、工業、消費等眾多領域。

AI帶來增量市場

光芯片是光模塊成本中占比最大的部分。光模塊的成本由多種因素組成，包括光器件、電芯片、PCB 和外殼等原材料。其中，光器件的成本占比最高，達到了 73%。在光器件中，光發射器件和 光接收器件的成本占光器件成本的 80%，而激光器和探測器中的核心光芯片占據了總成本的 85%。

光電子芯片原理上實現了電子和光子信息與能量的相互交換，主要包含對光信號的產生、調制、傳輸、解調、探測等部分。相較于微電子，光電子在信息處理和傳送上具有明顯優勢。

隨著傳輸速率的提高，光芯片在光模塊成本中的比例也越來越大，10Gbs 以下光模塊中光芯片占 比 30%，10Gbs-25Gbs 光模塊中占比 40%，而 25Gbs 以上光模塊中光芯片的占比則達到了 60%。

當前新一輪以 AI為代表的科技革命正席卷全球，OpenAI開發的 ChatGPT使得 AIGC備受關注。而在AIGC商業化應用加速落地的背景下，算力基礎設施的海量增長和升級換代將成為必然趨勢。

光模塊現階段主要應用于光通訊領域，根據LightCounting 數據測算，2022 年全球光模塊市場規模同比增長 14%，預計 2022-2027 年全球光模塊市場 CAGR 為 10%，在 2027年超過200 億美元。

光芯片是光模塊的核心部件，根據 LightCounting 數據測算，光芯片占光模塊市場比重從 2018 年約 15%的水平到 2025 以后超過 25%的水平，呈上升趨勢。光電子器件是光模塊的重要組成部 分，光芯片的成本占比分布在低端器件、中端器件、高端器件上的數據大約分別為 20%、50%、70%。隨著通訊、AI 等產業對高性能光模塊的需求快速增長，光芯片將呈現量價齊升的增長趨勢。

根據 ICC 預測，2019-2024 年，中國光芯片廠商銷售規模占全球光芯片市場的比例將不斷提升。得益于光芯片國產化進度的持續推進，以及國內未來幾年 5G 設備升級和相關應用落地，大量數據中心設備更新和新數據中心也會持續 助力光芯片市場規模的增長，中國將成為全球增速最快的地區之一。

全球競爭格局

光通信器件是光通信產業的重要組成部分，也是半導體激光器的核心元器件。其產業鏈大致分為襯底、光通信激光器芯片、有源器件、光模塊、下游最終客戶等環節。

受數通、電信、激光雷達等下游需求高增，光芯片技術持續升級快速發展。當前，新一輪以AI為代表的科技革命正席卷全球，OpenAI開發的ChatGPT使得AIGC備受關注。而在AIGC商業化應用加速落地的背景下，算力基礎設施的海量增長和升級換代將成為必然趨勢。

算力基礎設施建設背景下，光纖接入、數據通訊等數據流量的高速增長將直接拉動光模塊增量，光芯片作為光模塊中最核心的器件將深度受益。與此同時，數據中心的網絡架構升級導致內部光連接增加，意味著光模塊需要更快的傳輸速率和更高的覆蓋率，中高端光芯片有望快速放量。此外，激光雷達等應用的快速落地也將有力推升光芯片的需求。市場規模方面，根據數據測算，全球光芯片市場規模將從2022年的27億美元增長至2027年的56億美元。

目前，海外光芯片企業已經形成產業閉環和高行業壁壘，可自主完成芯片設計、晶圓外延等關鍵工序，可量產25G及以上速率的光芯片。中國光芯片企業已基本掌握2.5G及以下速率光芯片的核心技術。隨著技術能力提升和市場認可度提高，10G及以上速率芯片國產化率有待提升，國內光芯片廠商競爭力將進一步增強。

上市公司中，源杰科技2020年公司10G、25G激光器芯片系列產品的出貨量在國內均排名第一，2.5G激光器芯片系列產品的出貨量排名領先。華工科技旗下華工正源擁有亞洲先進的光模塊自動化線體，具備全系列產品的垂直整合以及快速批量交付能力，云嶺光電實現25G激光器芯片量產。聚飛光電參股德國硅光技術公司Sicoya布局高端半導體領域，Sicoya主營硅光芯片、光電芯片、光電器件及光模塊。

策略：從低處上攻

光芯片的生產工藝包括芯片設計、基板制造、磊晶成長、晶粒制造、封裝測試共五個主要環節。多數中國企業主要集中在芯片設計環節，而全球能夠實現高純度單晶體襯底批量生產的企業主要為海外企業。磊晶生長/外延片是光芯片行業技術壁壘最高的環節，成熟技術工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業。晶粒制造和封裝測試環節主要集中在中國臺灣。

從競爭格局來看，歐美國家光芯片技術領先，國內光芯片企業追趕較快，目前全球市場由美中日三國占據主導地位。

海外光芯片企業已形成產業閉環和高行業壁壘，可自主完成芯片設計、晶圓外延等關鍵工序，可量產 25G 及以上速率的光芯片。我國光芯片企業已基本掌握2.5G及以下速率光芯片的核心技術，根據 ICC 預測，2021 年該速率國產光芯片占全球比重超過 90%；10G 光芯片方面，2021 年國產光芯片占全球比重約 60%，但不同光芯片的國產化情況存在一定差異，部分 10G 光芯片產品性能要求較高、難度較大，如 10G VCSEL/EML 激光器芯片等，國產化率不到 40%；25G 及以上光芯片方面，隨著 5G 建設推進，我國光芯片廠商在應用于 5G基站前傳光模塊的 25G DFB 激光器芯片有所突破，數據中心市場光模塊企業開始逐步使用國產廠商的 25G DFB 激光器芯片，2021 年25G光芯片的國產化率約 20%，但25G以上光芯片的國產化率仍較低，約為 5%，目前仍以海外光芯片廠商為主。

部分中國光芯片企業已具備領先水平，隨著技術能力提升和市場認可度提高，競爭力將進一步增強。

源杰科技構建了 IDM 全流程自主可控業務體系，2020 年公司 10G、25G 激光器芯片系列產品的出貨量在國內均排名第一，2.5G 激光器芯片系列產品的出貨量排名領先。華工科技旗下華工正源擁有亞洲先進的光模塊自動化線體，具備全系列產品的垂直整合以及快速批量交付能力，云嶺光電實現 25G 激光器芯片量產。

長光華芯在設計、量產高功率半導體激光芯片基礎上，縱向延伸覆蓋下游器件、模塊及直接半導體激光器業務，橫向拓展 VCSEL 及光通信芯片。炬光科技業務覆蓋上游“產生光子”“調控光子”及中游汽車、泛半導體、醫療健康領域，與多家業內知名公司達成合作。

聚飛光電參股熹聯光芯切入光芯片業務，后者全資收購 Sicoya 公司，主業為硅光芯片、光電芯片、光電器件及光模塊。熹聯光芯掌握硅光領域全套核心技術，涵蓋芯片、引擎、模塊的開發、設計、流片、加工制造等，能夠滿足用戶全產業鏈的多樣化需求。

在2022年9月中國光博會上，熹聯光芯展出400G QSFP-DD DR4硅光模塊、800G OSFP/QSFP-DD DR8硅光模塊和1.2T OBO硅光引擎。硅光模塊采用自研光電單片集成、收發單片集成硅光芯片，大大簡化了芯片器件數量和測試封裝復雜度。800GDR8滿足OSFP、QSFP-DD協議，可與其他廠家模塊實現 穩定互聯互通，同時滿足數據中心對光模塊的低功耗高穩定性要求。硅光引擎利用先進封裝技術，實現了單路 100Gbps，總計1.2T光電傳輸速率，可支持客戶定制化，體現了光電單片集成技術在小尺寸高集成度方面的優勢。